Vývoj léčiv •Hlavní úkoly fáze vývoje léčiva •Polymorfie •Vývoj procesu výroby léčivé látky •Validace výrobních procesů •Specifikace léčivé látky a lékopisy •Vývojová a výrobní dokumentace •Preklinické testování •Zkoušení účinnosti a bezpečnosti •Zkoušky in silico, in vitro, in vivo, • Fáze vývoje (Drug Development) •Hlavním cílem vývoje je efektivní, reprodukovatelná a schválená výroba účinného, kvalitního, bezpečného a povoleného léčiva •U originálních léčiv je vývoj nejnákladnější fází z prostředků na výzkum a vývoj léčiva spotřebuje fáze vývoje více než polovinu (vysoké náklady na klinické zkoušky) •U originálních léčiv trvá vývoj 60% i více z celkové doby výzkumu a vývoje léčiva •U generik se provádí jen vývoj • • Vývoj nového léčiva Fáze vývoje – hlavní úkoly •Dokončení optimalizace parametrů nového léčiva –Biologická dostupnost, rozpustnost Þ profarmaka, polymorfie •Vývoj technologie výroby léčivé látky • ‒ Optimalizace a validace výrobních postupů •Vývoj léčivého přípravku (lékové formy) •Návrh specifikace a vývoj metod hodnocení léčivé látky i léčivého přípravku •Zkoušky stability •Preklinické a klinické zkoušky •(u generik zkoušky prokazující bioekvivalenci s již registrovaným léčivem) •Zpracování dokumentace a žádosti o registraci •Þ Cílem fáze vývoje je povolení (registrace) léčiva Polymorfie •= schopnost molekul látky vytvářet různé typy krystalové mřížky • polymorfie léčiv není shodná s polymorfismem genů! •Různé polymorfy stejné látky mají některé odlišné vlastnosti • příklad: polymorfní formy uhlíku – tuha a diamant (extrémní rozdíly) •Polymorfii vykazují léčivé látky • kyselina acetylsalicylová – 4 polymorfy, vápenatá sůl atorvastatinu – celkem 26 polymorfů (ale patentováno 63!), sulfathiazol - 120 forem • i pomocné látky používané při výrobě léčivých přípravků • kakaové máslo – 4, mannitol – 3 • • • •Pravá polymorfie - schopnost molekul látky vytvářet různé typy krystalové mřížky (mezi pravé polymorfy patří i amorfní formy látek) •Polymorfy stejné látky mají některé odlišné vlastnosti •Konformace – vliv na polymorfii • polymorfy s odlišnou konformací molekul (konformační polymorfy) v krystalové mřížce • polymorfy s odlišným uspořádáním molekul se stejnou konformací v krystalové mřížce •Polymorfie ovlivňuje vlastnosti léčivých i pomocných látek •Pseudopolymorfie - schopnost látky vytvářet různé typy solvátů –stechiometrické solváty (zejména hydráty) • molekuly solvatující látky jsou součástí krystalové mřížky • po odstranění molekul solvátu (např. vysušením) se krystalová mřížka mění •nestechiometrické solváty = klathráty •molekuly solvatující látky vázány volněji, po vysušení zůstanou v krystalové mřížce volná místa •Soli a kokrystaly - stechiometrické složení • krystalové mřížky solí tvoří protiionty vzájemně vázané iontovými vazbami • kokrystaly jsou tvořené nedisociovanými slabými kyselinami a bázemi vzájemně propojenými vodíkovými vazbami nebo interakcemi dipól-dipól •Parapolymorfy - krystalové formy tautomerů • na rozdíl od roztoků, které mohou obsahovat směs tautomerů, obsahují pevné krystalové formy vždy jen jeden tautomer • • Význam polymorfie a pseudopolymorfie pro chemii léčiv • •Rozdílné vlastnosti polymorfů, solí, solvátů a kokrystalů: Ørozpustnost a biologická dostupnost (toxicita, rychlost uvolňování) Øchemická stabilita (rozklad, hygroskopicita) Øfyzikální vlastnosti (bod tání, hustota, tvrdost, index lomu, zbarvení) Øzpracovatelnost do léčivých přípravků (chování při mletí, tokové vlastnosti, stlačitelnost a lisovatelnost, soudržnost a segregace částic, specifický povrch a smáčivost) •Vlivy na výrobu a vlastnosti léčivých přípravků Øvzájemné přeměny polymorfů při změnách teploty, popř. tlaku Ødopady na technologii výroby léčivých přípravků Ødopady na fyzikální stabilitu léčivých přípravků •Patentová ochrana polymorfů, solí a kokrystalů léčivých látek Øprodlužování patentové ochrany léčivých látek Øpřekonávání patentových bariér •Požadavky lékových autorit Ømůže být požadována kontrola krystalové formy léčivé látky • • § • Různá biologická dostupnost polymorfních forem Příklad: palmitát chloramfenikolu • • • • • • •Různá rozpustnost i biologická dostupnost •Příklad: Lék pro léčbu AIDS – přípravek Norvir (AbbVie) •Lékovou formou byly tobolky s nasyceným roztokem ritornaviru v ethanolu. •Ty po určité době ale ztrácely účinnost - z roztoku vykrystaloval nerozpustný polymorf. Přípravek musel být stažen a musela být vyvinuta nová forma. Zpracovatelnost do lékové formy • • • • •Formu 1 (jehličky) nelze vylisovat do tablet s rovnoměrným složením •Změna krystalové formy v hotových tabletách • Důsledek: Fyzikální nestabilita tablet (rozpad na prášek) Vzájemné přeměny polymorfů •Při výrobě a skladování léčivého přípravku nežádoucí – fyzikální nestabilita, změny biologické dostupnosti •Polymorfy – odlišný obsah volné energie •Metastabilní forma –Vyšší obsah volné energie –Snížení obsahu volné energie Þ přeměna polymorfu –Metastabilní forma Þ riziko přechodu na termodynamicky stálý polymorf –Termodynamicky stálejší forma (za daných podmínek!) –Nemusí mít nejvýhodnější vlastnosti! – (metastabilní polymorfy jsou rozpustnější) – • • • Enantiotropní polymorfy Změna (přechod na stabilnější polymorf) i v pevném stavu Teplota přechodu (kdy obě formy mají stejný obsah volné energie) je nižší než teplota tání Monotropní polymorfy Změna formy jen při krystalizaci z roztoku nebo taveniny Teplota přechodu ≥ teplota tání ≥ enantiotropní monotropní Studium polymorfie •Metody •Charakterizace pevné fáze mikroskopie (optická, elektronová) • měření teploty tání • difrakce rtg záření (monokrystaly, práškové diagramy) • IR nebo Ramanova spektra pevné fáze • NMR pevné fáze •Studium termodynamiky polymorfních přeměn • termogravimetrie • skenovací mikrokalorimetrie • Řešení problematiky polymorfie léčivých látek v etapě vývoje –Postup: –Posouzení patentových příležitostí a bariér –Screening vhodných krystalových forem látky stárnutí suspenzí, tepelné působení –krystalizace (z roztoku, z taveniny, z par při sublimaci) •faktory ovlivňující vznikající krystalovou formu •počítačové modelování? •Screening pseudopolymorfů (solvátů), solí, kokrystalů •Studium termodynamiky polymorfního systému a kinetiky přeměn polymorfů •Vývoj spolehlivých a reprodukovatelných metod přípravy vybrané optimální polymorfní formy léčivé látky •*** •Vypracování metod zjišťování polymorfních forem látek a metod hodnocení polymorfní čistoty produktů. • Příprava vhodných polymorfních forem látky •Stárnutí suspenzí –přeměna metastabilních forem na stabilnější –(získání „oček“ pro krystalizaci) •Krystalizace při ochlazování nebo odpařování roztoku –rozhoduje výběr rozpouštědla, kosolventů, hodnota pH –čistota látky, obsah příměsí –přesycené/nasycené roztoky, teplota, rychlost chladnutí/odpařování –vliv míchání –očkování • Ostwaldovo pravidlo: •jako první obvykle vykrystaluje termodynamicky nejméně stálý polymorf (platí pro spontánní krystalizaci) •Srážení (snižování rozpustnosti) • přídavkem antisolventu, rozpustných solí (vysolení) •Sublimace, ochlazování tavenin •Lyofilizace –získávají se zpravidla amorfní produkty » Vývoj technologie výroby léčivé látky • Cíl: Vyvinout proces, který je –uskutečnitelný za daných reálných podmínek –patentově volný –optimalizovaný •účelný •účinný •levný •reprodukovatelný •robustní •bezpečný •s minimálním dopadem na životní prostředí –dobře kontrolovatelný –poskytující produkt vysoké kvality –validovatelný –pokud možná definitivní – – Zvyšující se náročnost vývoje procesu ð Roste složitost molekul – polycyklické látky, vyšší obsah heteroatomů, chiralita ð Rostou požadavky na kvalitu – obsah nad 99%, obsah jednotlivých neznámých nečistot pod 0,1% u známých nečistot může být povolený odlišný obsah (podle účinku) ð Roste počet kontrolovaných kvalitativních parametrů •optická čistota, polymorfie, zbytková rozpouštědla, mikrobiální zátěž, endotoxiny, genotoxické látky apod.) ð Rostou požadavky farmaceutické legislativy • správná výrobní praxe, validace procesů, požadavky na dokumentaci, • změnové řízení, nápravná a preventivní opatření (CAPA) ð Rostou požadavky na zkrácení doby vývoje ð Patentoprávní bariéry • generická léčiva • Etapy vývoje procesu •Laboratorní postup • vypracování postupu syntézy látky vhodného pro budoucí výrobu • – vyrobení gramových množství látky pro preklinické testy •Čtvrtprovozní postup • první odzkoušení technologického postupu - výroba kg množství pro: –vývoj analytických postupů –předběžné zkoušky stability –zkoušky akutní toxicity –preformulační studie • Poloprovozní postup • optimalizace výrobní technologie – výroba množství desítek kg pro: –vývoj lékové formy –řádná stabilitní studie –dokončení preklinického zkoušení, někdy i fáze I klinických zkoušek • Výrobní postup • definitivní postup v konečném měřítku - množství až stovek kg pro: –klinické zkoušky –pravidelné dodávky registrovaného léčiva na trh – Optimalizace výrobního postupu léčivé látky •Priority •Poslední stupeň syntézy •Postupy čištění finálního produktu •Legislativní aspekty •Cíl optimalizace •Kvalita (čistota, stabilita) •Výtěžek •Reprodukovatelnost, kritické parametry a robustnost procesu •Výrobní náklady •Bezpečnost práce •Ochrana životního prostředí •Nenarušení cizích patentových práv, možnost patentové ochrany vlastního postupu •Postup, který nebude třeba měnit (problémy změnového řízení) • Zajištění kvality léčivé látky ■Prostor návrhu (Design Space) •– vícerozměrová kombinace a interakce vstupních proměnných a • procesních parametrů, která prokazatelně poskytuje záruku • kvality vyráběného léčiva •– zpracovává výrobce, posuzují lékové autority (pokud vstupní a • procesní parametry nevybočí z prostoru návrhu, nejde o změnu • procesu) ■ QbD (Quality by Design) – zajištění kvality látky vhodným návrhem výrobního procesu ■ Kritické atributy kvality – kvalitativní ukazatele, které produkt/meziprodukt musí splnit, • má-li být použitelný jako léčivo/jako meziprodukt pro léčivo ■ Kritické parametry procesu • – parametry nezbytné pro dosažení požadované kvality produktu i • meziproduktů a určení jejich přípustného rozmezí ■ Robustnost procesu – neovlivnitelnost výsledku změnami parametrů v přípustném rozmezí • (průkaz zátěžovými zkouškami – challenge tests) • Optimalizace procesu výroby •Identifikace faktorů ovlivňujících cílové parametry –kvalitativní faktory •reakční prostředí (polarita rozpouštědla, bod varu atd.), katalyzátory, reaktanty –kvantitativní faktory •teplota, tlak, reakční doba •množství a poměr reaktant •doba přidávání reaktant –faktory kategorické povahy (ano - ne) •míchání, pořadí reakčních kroků •Faktorový experiment –zkoumané faktory a volba jejich hodnot (2 nebo více úrovní) – POZOR! Křivka závislosti může procházet maximy nebo minimy, což nemusí být při malém počtu úrovní faktoru zjištěno! –úplný (nF experimentů) –částečný (racionální výběr faktorů a jejich hodnot) •Optimalizace hodnot faktorů – jednotlivé faktory postupně - COST (Change One Single factor at a Time) •zdlouhavý a nákladný postup, nemusí vést ke správným výsledkům –kombinace faktorů •sekvenční simplexová optimalizace (dvojrozměrná, vícerozměrná) Sekvenční simplexová optimalizace - příklad postupu • • • • • • • • • http://www.itl.nist.gov/div898/handbook/pri/pri.htm •Provedou se tři experimenty se třemi zvolenými hodnotami faktorů. Hodnoty faktorů při experimentu s nejhoršími výsledky se graficky zrcadlově promítnou podle spojnice dvou lepších experimentů. Tím se získají hodnoty faktorů pro další experiment. Postup se pak opakuje, až se získají optimální hodnoty procesních proměnných • Správná výrobní praxe (SVP, GMP) •Soubor zásad, které musí výrobci léčiv dodržovat –vychází ze zákona o léčivech 378/2007 Sb. –(resp. z evropských směrnic 2003/4EC, 2004/27EC a 2004/28EC a směrnice ICH Q7) –určena vyhláškou MZdr a MZem č. 411/2004 Sb. v aktuálním znění –směrnice a pokyny SÚKL: http://www.sukl.cz/sukl/legislativa-a-pokyny •Zásady SVP kladou důraz na: –personální zajištění kvalitní výroby •přesné vymezení povinností a pravomocí osob, pravidelné školení, hygiena –technická opatření •zamezení křížové kontaminace, zajištění předepsaných parametrů, procesní analytická technika (PAT), bezpečnost pracovníků (výroba vysoce účinných léčivých látek a antibiotik) –systém dokumentace •řádné zdokumentování všech kroků a operací, které mohou ovlivnit validitu postupů a kvalitu produktů – – • Validace výrobních postupů •Validace – dokumentovaný důkaz, že postup bude trvale poskytovat produkt vyhovující jakostní specifikaci • průkaz reprodukovatelnosti a robustnosti postupu •Validací je ukončen vývoj výrobního postupu •Validační dokumentace • řídící plán validace, validační protokol, validační zpráva •Specifikace uživatelských požadavků, kvalifikace návrhu • požadavky na zařízení, prostory, média nebo systémy • posouzení jejich souladu s požadavky správné výrobní praxe •Kvalifikace zařízení – kontrola vhodnosti zařízení– předpoklad validace postupu • instalační, operační, procesní kvalifikace •Validace výrobního procesu – výroba validačních šarží • prospektivní, souběžná, retrospektivní •Validace postupů čištění, validace analytických postupů • navazuje na validaci výrobního procesu •Revalidace • opakovaně v pravidelných intervalech; vždy při změnách postupu – – Specifikace léčiva •Specifikace = souhrn požadavků na kvalitu –− léčivé látky –− léčivého přípravku –Specifikace určuje chemické, biologické i fyzikální parametry léčiva a způsob jejich zjišťování –Specifikované kvalitativní limity léčivých látek: –− charakterizace, identita –− vzhled –− fyzikálně chemické parametry (bod tání, index lomu, otáčivost, pH vodného roztoku, – spektroskopické údaje, optická otáčivost, polymorfie, velikost částic atd.) –− obsah nebo účinnost –− ztráta sušením –− nečistoty: – anorganické (těžké kovy, popel/síranový popel) – organické (rezidua rozpouštědel, jednotlivé známé a neznámé nečistoty) – někdy i mikrobiální kontaminace (specifikované mikroorganismy, sterilita, endotoxiny) –− doba upotřebitelnosti/retestování za předepsaných podmínek skladování • Specifikované kvalitativní limity musí být zaručeny po celou dobu upotřebitelnosti (exspirace) léčivého přípravku • výrobce si může určit přísnější („propouštěcí“) limity pro čerstvě vyrobený přípravek –Závisí-li kvalita finálního produktu na kvalitě meziproduktů, je třeba zpracovat specifikace (zjednodušené) i pro jednotlivé meziprodukty –Nesplňují-li výsledky zkoušení specifikaci (OOS), je třeba zjišťovat příčiny neshod a přijmout nápravná a preventivní opatření (CAPA) • • Specifikace léčiva •U generických ekvivalentů běžně používaných léčiv jsou kvalitativní limity a postupy zkoušení předepsány v lékopisech –nejsou-li požadavky lékopisu splněny, nemůže být výrobek považován za léčivo –lékopisy platí vždy pro příslušnou zemi (USP, DAB, Český lékopis; snahy o sjednocení - Evropský lékopis, ICH) –požadavky lékopisu jsou minimální, požadavky ve specifikaci výrobce mohou být přísnější –léčivo musí splňovat požadavky lékopisu a/nebo specifikace i na konci exspirace (interní „propouštěcí“ limity mohou být přísnější) –výrobce může používat vlastní postupy zkoušení, musí je však mít validované a schválené institucí registrující léčiva (předpoklad: musí poskytovat výsledky srovnatelné s výsledky lékopisných postupů) –U nových léčiv se určují kvalitativní limity a vypracovávají postupy zkoušení v souladu se zásadami lékopisu –běžná stanovení se provádí podle obecných článků lékopisu –specifické postupy musí být validované –nedílnou součástí registračního řízení u nového léčiva je posuzování a schvalování specifikace (limitů i postupů zkoušení) • Nečistoty •Neidentifikované - do 0,1% •Známé - jsou známy biologické účinky nečistoty obsah může být vyšší než 0,1%, ale u nečistot se závažnými negativními účinky může být snížený (někdy i podstatně) • příklad: obsah zbytků ethanolu: max. 2%, methanolu: max. 0,05% • •Izolace, identifikace a stanovení nečistot •Příprava referenčních standardů nečistot • •Minimalizace obsahu nečistot: –vysoká a kontrolovaná kvalita výchozích a pomocných látek –optimalizace postupů výroby léčivých látek a přípravků •zaměření na prevenci vzniku nečistot (vedlejších produktů) - QbD –postupy čištění výrobku • Lékopisné články •Monografie (pro jednotlivá léčiva) •Záhlaví - název léčiva (INN x USAN, latinský a národní, synonyma) – - vzorec, molekulová hmotnost •Definice - chemický název • - rozmezí obsahu/účinnosti •Popis vlastností •Zkoušky totožnosti •Zkoušky na čistotu - limity povoleného obsahu nečistot a způsoby zkoušení •Další zkoušky - obsah vody, pH roztoku, zkoušky vzhledu •Obsah/zkouška účinnosti •Pokyny pro skladování •Popis chemické struktury nečistot •Obecné články • obecné postupy zkoušení pro jednotlivé typy přípravků (tablety, injekce apod.) • společné analytické postupy • požadavky na obaly • činidla a jejich příprava • jiná obecně platná ustanovení • Vývojová a výrobní dokumentace • - předpoklad povolení výroby léčiva • - důležitá komponenta SVP • - předmět kontroly ze strany lékových autorit • - musí být v „řízeném“ stavu •Primární –laboratorní deník, analytický atest, záznam o výrobě šarže (Batch Record) – Písemné nebo elektronické záznamy – zajištění identity autora, vyloučení následných změn záznamu •Souhrnná –Zpráva o vývoji výrobku (Product Development Report) –Zpráva o převedení technologie (Technology Transfer Report) –Základní dokument o léčivé látce (Drug/Active Substance Master File, DMF/ASMF) – komplexní informace, předkládá se lékovým autoritám při registraci •Otevřená část (Applicant´s Part) •Uzavřená část (Restricted Part) –Výrobní předpis (technologický reglement, Master/Manufacturing Formula) –Specifikace výrobku –Standardní operační postupy (SOP, Standard Operation Procedure) •Ostatní –Validační dokumentace –Bezpečnostní listy –Záznamy o školení –Zpráva o přijatých nápravných a preventivních opatřeních (byl-li zjištěn problém) – Obsah DMF/ASMF předepsán REG-79 (SÚKL) Guideline on Active Substance Master File (EMEA/CVMP/134/02) Substance bez DMF není považována za léčivou látku, ale jen za surovinu! •Název, chemická struktura, základní vlastnosti léčivé látky •Údaje o výrobci •Výrobní postup – rozsah podle toho, zda jde o otevřenou (veřejně přístupnou) nebo uzavřenou část • otevřená část – jen stručné schéma • uzavřená část – podrobné údaje (specifikace a kontrola surovin, meziproduktů, kritické kroky, vývoj a validace procesu atd.) •Charakterizace výrobku – specifikace a její zdůvodnění, nečistoty •Kontrolní metody, validace metod, referenční materiály •Balení a skladování •Stabilita – včetně výsledků zkoušek a stabilitního protokolu Biologické zkoušení nového léčiva Zjišťování účinnosti a bezpečnosti Preklinické zkoušky •in silico (predikce) - in vitro - in vivo •Farmakodynamické vlastnosti (účinnost) •Farmakokinetika (ADME) •Toxicita (systémová i orgánová) •Význam preklinických zkoušek –10 nových klinicky zkoušených léčiv →1 povolené léčivo –polovina nemá dostatečně vysokou účinnost –třetina není bezpečných (má nepřijatelné vedlejší účinky) • méně nákladné než klinické zkoušky •toxicitu léčiv nelze testovat na člověku! • z výsledků má vyplynout: • zpřesněný návrh indikace, návrh způsobu aplikace a návrh základní dávky pro klinické zkoušení • ale výsledky preklinického testování nelze přeceňovat –může se lišit účinnost u pokusných zvířat a u člověka –může se lišit toxicita u pokusných zvířat a u člověka (TGN1412) – Preklinické zkoušky •Metody in silico Počítačové programy pro predikci toxicity podle strukturních rysů látky • DEREK (Deductive Estimation of Risk from Existing Knowledge) TOKAT (Toxicity Prediction of Komputer Assisted Technology) CASE (Computer Automated Structure Evaluation) • Metody in vitro • Základní screening – vyhledávání „hitů“ – Zpřesněný výběr látek a určení podmínek biologického testování –Absorpce - kultura lidských buněk kolorektálního karcinomu na semipermeabilní membráně - napodobuje střevní epitel (Caco-2 test) –Metabolismus - buněčné kultury lidských hepatocytů, cytochromy P 450 –Mutagenita - růst mutant Salmonella typhimurium neschopných syntetizovat histidin (Amesův test) –Genotoxicita - chromosomální aberace v kulturách buněk z vaječníků čínských křečků –Orgánová toxicita –- kardiotoxicita: inhibice draslíkového kanálu hERG (srdeční arytmie in vivo) –- nefrotoxicita: kultury buněk z kanálků lidských ledvin -dráždění očí a pokožky (zkouší se nejen u léčiv, ale i u kosmetických přípravků) – zakázán Draizeho test (kapání do očí živých králíků), nahrazen sledováním zakalení a změn permeability hovězí nebo kuřecí rohovky in vitro (odpad z jatek) – působení na rekonstruovanou lidskou pokožku Preklinické zkoušky in vivo •Zkoušky na zvířatech zatím nelze nahradit! •Čím plněji bude prováděn pokus se zvířaty, tím méně často se budou muset pacienti ocitnout v situaci zkušebních objektů se všemi smrtelnými důsledky • I.P. Pavlov, 1849-1936 (Nobelova cena za lékařství a fyziologii 1904) •Zákon na ochranu zvířat proti týrání (246/1992 Sb., úplné novelizované znění 209/2008 Sb.) •Omezení zkoušek – iniciativa 3R (Review/Reduce/Replace-Posoudi/Omez/Nahraď) • studium „toxomu“ – mapování biochemických drah toxikologické odezvy •Kolize s ochránci zvířat • •Toxikologické zkoušení - 2 druhy savců, jeden nemá být hlodavec –Akutní toxicita •dříve:LD50 - dávka, která způsobí úhyn 50% pokusných zvířat •nyní: nejprve limitní dávka, pak případné snižování dávky –Subakutní toxicita - 1-6 měsíců, dávky vyvolávající mírný toxický efekt –Chronická toxicita - doba trvání podle plánovaného trvání klinických zkoušek (plánované délky terapie) – i po celou dobu života zvířete, dávka v terapeutickém rozmezí –Ostatní toxikologické zkoušky •Mutagenita a genotoxicita (testy in vitro): Amesův test, kultury buněk vaječníků čínského křečka nebo lymfocytů – sledování chromosomálních aberací •Reprodukční toxicita – sledování vlivu na spermie a vajíčka ® •Embryotoxicita a teratogenita – u březích samiček ® • – vliv na embryo, průběh březosti, porod a novorozené mládě •Kancerogenita - 2 druhy zvířat, 2 roky ® •Orgánové toxicity ® –KVS, CNS, GIT, játra, ledviny, močové cesty apod.. •